定时同步
即可以在载波相位同步之前,进行定时误差提取[7]。这样在整个QPSK解调器中,定时同步可以作为一个独立的模块,在解调器工作时首先定时同步锁定,从而大大简化载波恢复部分的设计。
其中h(m)为NCO寄存器变量,w(m)为NCO的控制字,由环路滤波器产生,使NCO能在最佳采样时刻溢出。分数间隔mk的求解公式为mk=h(mk)(mk),因为在VHDL实现中,除法比较难实现,通常可以用乘法近似
3 环路滤波器
环路滤波器采用有源比例积分滤波器。一般来说,环路带宽越大,环路收敛越快,但分数间隔mk的取值抖动范围越大,环路带宽越小,环路收敛越慢,但mk的取值抖动范围越小。在实际中,需要折衷考虑收敛速度和稳态误差,可以根据需要调节环路滤波器系数C1和C2[8]。
mk=x0h(mk)来代替上式[],其中x0由内插周期和采样周
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期的比值确定。
5 FPGA实现
环路在FPGA上的实现结构如图4,通过定点仿真选取合适的数据位宽,输入数据10 bit,内插滤波器输出14 bit,定时误差提取数据输入均为14 bit,定时误差提取输出14 bit,环路滤波器输出28 bit,分数间隔10 bit,输出数据14 bit,其余均为1 bit。选用Xilinx xc2vp40 FPGA芯片,使用VHDL实现,综合报告显示,此环路的实现占用所有片上资源仅2%,说明环路的设计很好的兼顾了性能和资源
。
4 数控振荡器
数控振荡器(NCO)的作用是溢出产生时钟,也即确定内插基点mk,并计算分数间隔mk,提供给内插滤波器进行内
éh(m)-w(m)ûùmod1, 插。在环路中,递归调用公式为h(m+1)=ë
图4 FPGA实现结构
6 结语
本文提出采用了三阶拉格朗日多项式内插滤波器以及Gardner定时误差检测算法的QPSK全数字接收机定时同步环路,经仿真证明有着良好的误符号率性能,而且独立于载波恢复,使设计有更好的灵活性和可移植性,同时,给出了FPGA硬件实现,为全数字解调算法的实现提供了一种有效的解决方案。
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